滿足安全環(huán)保需求的小功率集成的AC/DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

STARplug是電壓控制型的PWM電路，通過調(diào)制芯片內(nèi)部功率MOS管的導(dǎo)通時(shí)間，來控制通過變壓器初級(jí)峰值電流，從而使輸出電壓穩(wěn)定。

為了說明STARplug穩(wěn)壓機(jī)理，將TEA162X系列實(shí)用電路中的有關(guān)部份描述成圖4、5。由圖不難看出，PWM比較器的兩個(gè)輸入，一個(gè)是RC端(第3腳)并接的電阻Ross和電容Cosc，用來設(shè)定電路的開關(guān)頻率。另一個(gè)是Reg端(第4腳)連接的外部電壓，反映的是輸出負(fù)載的變化。加在Reg端的電壓與芯片內(nèi)部電壓源(2.5V)之差,再乘以10倍,即為加到PWM端上的信號(hào)電壓Vreg-intern。Vreg-intern與VRC在PWM比較器上進(jìn)行比較，如果VRC比Vreg-intern低，則PWM輸出為“1”電平，功率MOS管截止。如果Vreg-intern越高，則MOS管導(dǎo)通時(shí)間越短，MOS管轉(zhuǎn)換的功率越小。反之，如果Vreg-intern越低，則MOS管導(dǎo)通時(shí)間越長，轉(zhuǎn)換的功率越大。(見圖5)

3. 電路保護(hù)功能

為闡明電路的保護(hù)功能，我們將芯片內(nèi)外有關(guān)部分單獨(dú)畫成圖6。Source是STARplug的第6條引腳，外接一電阻Rsrc到地，其阻值則根據(jù)過流保護(hù)的閾值來定。

圖6：STARplug保護(hù)電路圖

由圖6顯而易見功率MOS管導(dǎo)通時(shí)流過的電流經(jīng)電阻Rsrc轉(zhuǎn)換成電壓，加到芯片內(nèi)部的兩個(gè)比較器的同相輸入端，使STARplug分別實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)和輸出短路保護(hù)。

過流保護(hù)

當(dāng)負(fù)載加大或其他原因使Source腿上單個(gè)周期測出的瞬時(shí)電壓大于芯片內(nèi)部的電壓源0.5V時(shí)。則比較器的輸出將使功率MOS管關(guān)斷，從而切斷了大電流的運(yùn)作，對(duì)功率MOS管起到了保護(hù)作用。

為了防止檢測出虛假的過流信號(hào)，對(duì)比較器加上了一個(gè)禁止端。當(dāng)過流信號(hào)超過350ns時(shí)，比較器才動(dòng)作。

輸出短路保護(hù)

由于某種原因，使輸出短路或繞組短路，引起Source腿上的電壓快速上升，以至超過0.75V，則另一個(gè)比較器將使轉(zhuǎn)換停止，MOS管關(guān)斷，阻止電流繼續(xù)加大。同樣該比較器也采取了相同的防止虛假信號(hào)的措施。

STARplug還提供精確的過溫保護(hù)。當(dāng)結(jié)溫超過熱關(guān)斷溫度(典型值為160℃)時(shí)，電路將停止工作，供電電流降到啟動(dòng)電流之下。一旦結(jié)溫降到關(guān)斷值之下時(shí)，電路將會(huì)恢復(fù)工作。

退磁檢測

STARplug始終是工作在不連續(xù)導(dǎo)通方式(DCM)。

由圖7可見，變壓器的輔助繞組通過一個(gè)電阻接到電路的Aux腿，芯片內(nèi)部有兩個(gè)反向并連的二極管，對(duì)輸入電壓進(jìn)行箝位。只要次級(jí)二極管是導(dǎo)通的，則輔助繞組的電壓就是正的，就有電流注入Aux端，并被二極管箝位。只要Aux端的電壓大于100mV，則振蕩器停止工作，MOS管就不能開關(guān)。

在消磁時(shí)間tsuppr(典型為15us)內(nèi)，確認(rèn)剩磁已消除。這個(gè)功能對(duì)于輸出電壓較低，以及變壓器漏感較大的場合特別有用。

圖7：STARplug退磁檢測

過壓保護(hù)

在芯片的框圖中，雖然沒有為過壓保護(hù)設(shè)計(jì)專門的通道，但這個(gè)功能是存在的。在實(shí)際應(yīng)用過程中，一旦產(chǎn)生過電壓，則必然將REG端的工作電平上拉，從而使初級(jí)繞組的工作行程立即終止。只有當(dāng)過壓消除，REG端電壓恢復(fù)到正常值，功率MOS管才能正常開關(guān)。

STARplug的應(yīng)用

前已述及，STARplug有兩種反饋方式，這兩種方式就構(gòu)成了STARplug作為反激式AC/DC轉(zhuǎn)換器的兩種典型應(yīng)用電路。

圖2是最簡單最基本的應(yīng)用電路，其特征就是由變壓器的輔助繞組來反饋電網(wǎng)和負(fù)載的變化。

由圖2可見，由整流橋和濾波器組成了電路的輸入部分，并通過變壓器初級(jí)繞組加到TEA162x的Drn端。顯然，TEA162x是整個(gè)轉(zhuǎn)換器的心臟，以下圍繞TEA162x分析一下圖2的各部分電路。

1. 由C3R2組成振蕩電路。

振蕩電路元件的值是根據(jù)工作頻率來確定的，STARplug的開關(guān)頻率可在10kHZ到200kHZ之間工作，通常工作頻率大都選在40~100kHZ之間。

頻率選定了，則可按下式來計(jì)算元件值：

振蕩器的充電時(shí)間tcharge，由STARplug的參數(shù)表中查出為1us。

至于RC的取值，可先選定C，然后再算R值，要保持電路的穩(wěn)定，電容C必須大于220pF，但從效率方面來考慮，頻率高時(shí)亦不宜將電容選得太大，例如200kHZ時(shí)，C取10nF，則振蕩器的功耗達(dá)到12.5mW，這顯然是不可取的。

推薦實(shí)例：開關(guān)頻率取100kHZ，這時(shí)振蕩器的時(shí)間常數(shù)為2.7us，C取330pF，R=7.5kΩ。

2. 過流保護(hù)和繞組短路保護(hù)電阻R3：

電阻R3設(shè)置了變壓器初級(jí)峰值電流，也設(shè)定了最大傳輸?shù)妮敵龉β?，電阻R3的值可用下式計(jì)算：

由STAR plug的手冊(cè)可得知：

實(shí)例：一個(gè)3W的電源，開關(guān)頻率為100kHZ，效率為75%，通過變壓器的峰值電流為230mA(反射電壓)，則電阻R3設(shè)定為2Ω，限定峰值電流為250mA。

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